利用氬离子植入 氮化鎵元件崩溃电压大突破

    氮化鎵(Gallium nitride， GaN)被视為製作高功率电子元件的新一代材料，但到目前為止该材料都受到约略高於250V的崩溃电压(breakdown)所苦；美国北卡罗莱纳州立大学(North Carolina State University)的研究人员表示，他们已经找到一种方法可将氮化鎵元件崩溃电压提升至1,650V，并因此可让其功率承受能力(power handling)提升十倍。

    具备高功率承受能力的氮化鎵元件将可适用许多新兴领域，包括智慧电网(smart-grid)与电动车。北卡罗莱纳州立大学教授Jay Baliga表示，他们是沿着氮化鎵元件的终端电极(termination electrode)植入中性物种(neutral species)──氬(argon)，其电场(electrical fields)就会被散佈开来，并因此避免崩溃电压过早发生(参考下图)。Baliga是与该校博士候选人Merve Ozbek合作进行以上研究。
   

    研究人员透过在氮化鎵元件的终端电极进行离子植入(绿色部分)，将该类元件的崩溃电压从300V提升至1,650V

    “高压功率元件的最大问题，是其边缘会过早出现崩溃电压；我们為氮化鎵元件开发出一种新的平面式(planar)边缘终端电极技术，利用氬离子植入在元件边缘製作一片薄薄的非晶层，达到近乎理想化的平面化平行崩溃电压。」Ozbek表示：「植入物在二极体元件边缘的表面形成了薄薄的高电阻区域，有助於分散元件边缘表面的电位(potential)，并降低电场。”

    研究人员是以氮化鎵製作萧特基二极体来测试新研发的技术，并将其崩溃电压成功地提升到1,650V、近乎原来的七倍；因此也让该氮化鎵元件的电阻绿降低了100倍，让其功率承受能力增强了十倍。